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实验一密码学实验

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实验1 古典密码算法

古典密码算法曾经被广泛应用，大都比较简单，使用手工和机械操作来实现加密和解密。它的主要对象是文字信息，利用密码算法实现文字信息的加密和解密。古典密码学可以分为代替密码（也叫做移位密码）和置换密码（也叫做换位密码）两种，其中代替密码典型的有Caesar密码，数乘密码和仿射变换等，置换密码有单表置换和多表置换等。

练习一 Caesar密码

【实验目的】

● 理解代替密码学加密过程

【实验人数】

每组2人

【系统环境】

Windows

【网络环境】

交换网络结构

【实验工具】

VC++6.0 密码工具

【实验类型】

验证型

【实验原理】

见课件。

【实验步骤】

本练习主机A、B为一组，C、D为一组，E、F为一组。

首先使用“快照X”恢复Windows系统环境。

一． 手动完成Caesar密码

(1) 在实验原理部分我们已经了解了Caesar密码的基本原理，那么请同学们写出当密钥k=3时，对应明文：data security has evolved rapidly的密文：_____________ _______________________________________________________________。 (2) 进入实验平台，单击工具栏中的“密码工具”按钮，启动密码工具，在向导区点击“Caesar密码”。在明文输入区输入明文：data security has evolved rapidly。将密钥k调节到3，查看相应的密文，并与你手动加密的密文进行比较。 请根据密钥验证密文与明文对应关系是否正确。

二． Caesar加密

(1) 进入“加密解密”｜“Caesar密码”视图，在明文输入区输入明文（明文应为英文），单击“加密”按钮进行加密。 请将明文记录在这里：____________________________________________________。 (2) 调节密钥k的微调按钮或者对照表的移位按钮，选择合适的密钥k值，并记下该密钥k值用于同组主机的解密。加密工作完成后，单击“导出”按钮将密文默认导出到Caesar共享文件夹(D:\Work\Encryption\Caesar\)中，默认文件名为Caesar密文.txt。 (3) 通知同组主机接收密文，并将密钥k通告给同组主机。 (4) 单击“导入”按钮，进入同组主机Work\Encryption\Caesar目录（在“开始|运行”中输入\\同组主机IP\Work\Encryption\Caesar），打开Caesar密文.txt。 (5) 调节密钥k的微调按钮或对照表的移位按钮，将k设为同组主机加密时的密钥k值，这时解密已经成功。请将明文写出：___________________________________________。 (6) 将解密后的明文与同组主机记录的明文比较，请对比明文是否相同。

三． Caesar密码分析

(1) 本机进入“密码工具”｜“加密解密”｜“Caesar密码”，在明文输入区输入明文（要求明文有一定的意义以便让同组主机分析）。 请将明文记录在这里：_____________________________________________________。 (2) 调节密钥k的微调按钮或者对照表的移位按钮，选择合适的密钥k值完成Caesar加密，单击“导出”按钮，将密文默认导出到Caesar共享文件夹中。 (3) 通告同组主机（不要通告密钥值k）密文已经放在共享文件夹中，让同组主机获取密文。 (4) 单击“导入”按钮将同组主机Caesar密文导入。 (5) 调节密钥k的微调按钮或者对照表的移位按钮来调节密钥，从而进行密码分析（平均13次，最坏26次破解）。请将破解出的明文和密钥记录在这里： 密钥k=_________。 明文___________________________________________________________________。 (6) 将破解后的密钥和明文与同组主机记录的密钥和明文比较。如果不同请调节密钥k继续破解。

四． 源码应用（选做）

设计Caesar加密工具，利用Caesar加密算法对文件进行加密。 单击工具栏“VC6”按钮，启动VC++6.0。选择“File”|“Open Workspace„”加载工程文件“C:\ExpNIS\Encrypt-Lab\Projects\Caesar\caesar.dsw”。基于此工程进行程序设计。

【思考问题】

1． 在手动完成Caesar密码实验中，密钥k=3，试着画出这时的Caesar置换表？ 2． 古典密码学曾经被广泛应用，它可以分为代替密码和置换密码两种，请查找相关资料，列举出几种属于代替密码和置换密码的古典密码算法？

练习二 维吉尼亚密码

【实验目的】

● 掌握维吉尼亚密码算法的原理

【实验人数】

每组2人

【系统环境】

Windows

【网络环境】

交换网络结构

【实验工具】

密码工具

【实验类型】

验证型

【实验原理】

维吉尼亚密码是使用一个词组（语句）作为密钥，词组中每一个字母都作为移位替换密码密钥确定一个替换表，维吉尼亚密码循环的使用每一个替换表完成明文字母到密文字母的变换，最后所得到的密文字母序列即为加密得到的密文，具体过程如下： 设m是一个正整数，且i≤j≤m，密钥为K =（K1, K2 „„ Km），则： 第i组的明文为Pi =（Pi1, Pi2 „„ Pim) 第i组的密文为Ci =（Ci1, Ci2 „„ Cim）

那么加密公式为Cij ≡ Pij + Kij (mod 26) 解密公式为 Pij ≡ Cij - Kij (mod 26) 最后把密文编码转换成文本。 维吉尼亚密码的加密过程可以表示为下面的函数： ek(x1,x2......xm)=(x1+k1,x2+k2......xm+km) 其中，m是一个正整数，定义P=C=(Z20)m，对任意密钥k=(k1,k2......km)。它的解密过程可以表示为下面的函数： dk(y1,y2......ym)=(y1-k1,y2-k2......ym-km) 以上运算都是在26上进行的。 维吉尼亚密码的每个密钥相当于一个长度为m的字母串，称为密钥字。维吉尼亚密码一次加密m个明文字母。维吉尼亚密码的密钥空间大小为26m，所以即使m的值很小，使用穷尽密钥搜索方法也需要很长的时间。 由于频率分析法可以有效的破解单表替换密码，法国密码学家维吉尼亚于1586年提出一种多表替换密码，即维吉尼亚密码，也称维热纳尔密码。维吉尼亚密码引入了“密钥”的概念，即根据密钥来决定用哪一行的密表来进行替换，以此来对抗字频统计。 Aigpehu 加密算法：例如密钥的字母为[d]，明文对应的字母。根据字母表的顺序[d]=4,=2，那么密文就是[d]+-1=4+2-1=5=[e]，因此加密的结果为[e]。解密即做此逆运算。 加密公式：密文 = (明文 + 密钥) Mod 26 - 1 解密公式：明文 = [26 + (密文 - 密钥)] Mod 26 + 1 也可以用查表法来进行加密：例如密钥的字母为[d]，明文对应的字母，在下图的表格第一行找到字母"d"(深蓝色)，再在左边第一列找到字母"b"(绿色)，两个字母的交叉点(b行d列)就是字母"E"，所以对应的密文字母为[e]。

【实验步骤】

本练习主机A、B为一组，C、D为一组，E、F为一组。 首先使用“快照X”恢复Windows系统环境。 1. 本机单击“密码工具”按钮，进入“加密解密”｜“维吉尼亚密码”｜“加密/解密”视图，与同组主机协商好密钥= （此密钥分成标准和扩展型，在实验中自行选择）。

「注」标准型使用26*26矩阵与26取模，扩展型使用94*94矩阵与94取模。

2. 本机在明文输入区输入明文，单击“加密”按钮对明文进行加密，加密完成后，单击“导出”按钮，将密文导出到D:\Work\Encryption\Vigenere共享目录中，并通告同组主机通过访问共享文件夹获取密文。 请将明文记录在这里： 。 3. 同组主机打开工具面板中的密码工具，单击“导入”按钮，即将 D:\Work\Encryption\Vigenere中的维吉尼亚密码密文导入，填入协商好的密钥，单击“解密”按钮对密文进行解密。 4. 本机将解密后的明文与同组主机记录的明文对照，如果双方的明文一致，则说明实验成功，否则说明本机或同组主机的维吉尼亚密码计算错误。

实验2 对称密码算法

对称密钥加密机制即对称密码体系，也称为单钥密码体系和传统密码体系。对称密码体系通常分为两大类，一类是分组密码（如DES、AES算法），另一类是序列密码（如RC4算法）。

练习一 DES算法

【实验目的】

● 理解对称加密算法的原理和特点

● 理解DES算法的加密原理

【实验人数】

每组2人

【系统环境】

Windows

【网络环境】

交换网络结构

【实验工具】

VC++6.0 密码工具

【实验类型】

验证型

【实验原理】

见课件及教材。

【实验步骤】

本练习主机A、B为一组，C、D为一组，E、F为一组。

首先使用“快照X”恢复Windows系统环境。

一．DES加密解密

(1) 本机进入“密码工具”｜“加密解密”｜“DES加密算法”｜“加密/解密”页签，在明文输入区输入明文：____________________________________________________。 (2) 在密钥窗口输入8（64位）个字符的密钥k，密钥k=__________。单击“加密”按钮，将密文导出到DES文件夹（D:\Work\Encryption\DES\）中，通告同组主机获取密文，并将密钥k告诉同组主机。 (3) 单击“导入”按钮，从同组主机的的DES共享文件夹中将密文导入，然后在密钥窗口输入被同组主机通告的密钥k，点击“解密”按钮进行DES解密。 (4) 将破解后的明文与同组主机记录的明文比较。

二．DES算法

本机进入“密码工具”｜“加密解密”｜“DES加密算法”｜“演示”页签,向64位明文中输入8个字符（8*8bit=64），向64位密钥中输入8个字符（8*8bit=64）。点击“加密”按钮。完成加密操作，分别点击“初始置换”、“密钥生成演示”、“十六轮加密变换”和“终结置换”按钮，查看初始置换、密钥生成演示、十六轮加密变换和终结置换的详细加密操作流程。

三．源码应用（选做）

设计DES加密工具，利用DES加密算法对文件进行加密。 单击工具栏“VC6”按钮，启动VC++6.0。选择“File”|“Open Workspace„”加载工程文件“C:\ExpNIS\Encrypt-Lab\Projects\DES\DES.dsw”。基于此工程进行程序设计。

【思考问题】

1. 根据实验原理的讲解，回答下列问题： (1) DES每一个明文分组的长度是多少位？这个明文分组加密后的密文是多少位？ (2) 在DES算法的各种置换中，哪个置换为DES提供了最好的安全性？ 2. DES的S盒在设计时就能够防止某些类型的攻击，当1991年Biham和Shamir发现的差分攻击的方法时，美国国家安全局就已承认某些未公布的S盒设计原则正是为了使得差分密码分析变得不可行。也就是说，差分密码分析在DES最初被研发时就已为IBM的研发者所知，但是这种方法却被保密了将近20年，直到Biham和Shamir又独立地发现了这种攻击。目前，DES加密方法已经被认为是不安全的了，请同学查阅相关资料，列出两种DES的分析方法。

合集下载

凯撒密码解码实验报告(3篇)

凯撒密码解码实验报告(3篇)

第1篇

一、实验目的

通过本次实验，了解凯撒密码的基本原理和加密解密过程，掌握凯撒密码的破解方法，提高密码学知识水平。

二、实验原理

凯撒密码是一种最简单的替换密码，它通过将字母表中的每个字母按照固定数目向前或向后移动来实现加密。例如，当偏移量为3时，明文中的字母“A”将被替换为“D”，“B”将变为“E”，以此类推。当到达字母表末尾时，会循环回到字母表的开头。

凯撒密码的加密和解密过程如下：

加密过程：

E(x) = (x + k) mod 26

其中，E(x)表示加密后的字母位置，x表示明文字母在字母表中的位置（A为0，B为1，以此类推），k表示偏移量。

解密过程：

D(y) = (y - k) mod 26

其中，D(y)表示解密后的字母位置，y表示密文字母在字母表中的位置。

三、实验步骤

1. 准备实验环境

（1）准备一台计算机，安装Windows操作系统。

（2）下载并安装一个编程软件，如Visual Studio、Eclipse等。

（3）在编程软件中创建一个新项目，命名为“凯撒密码解码实验”。

2. 编写凯撒密码解码程序

（1）定义加密和解密函数，分别实现加密和解密过程。

（2）编写主函数，输入密文，调用加密和解密函数，输出解密后的明文。 （3）编写一个辅助函数，用于计算字母在字母表中的位置。

3. 编译和运行程序

（1）编译程序，确保没有错误。

（2）运行程序，输入密文，观察输出结果。

四、实验结果与分析

1. 加密和解密过程

（1）加密过程：将明文字母按照偏移量k向前或向后移动，得到密文字母。

（2）解密过程：将密文字母按照偏移量k向后或向前移动，得到明文字母。

2. 破解方法

（1）频率分析：根据英文字母的频率分布，分析密文中的字母频率，推测偏移量k。

（2）试错法：尝试所有可能的偏移量k，对密文进行解密，找到正确的明文。

3. 实验结果

通过实验，成功实现了凯撒密码的加密和解密过程，并成功破解了密文。实验结果表明，凯撒密码虽然简单，但在一定程度上可以保护信息安全。

凯撒密码实验报告

凯撒密码实验报告

凯撒密码实验报告

1. 引言

凯撒密码是一种古老的替换加密算法，它通过将字母按照固定的位数向后或向前移动来实现加密和解密。本实验的目的是通过凯撒密码的加密过程来学习和理解基本的密码学原理。

2. 实验步骤

2.1 凯撒密码的加密

1. 首先，选择一个固定的移位数，通常称为密钥。

2. 将明文中的每个字母按照密钥向后移动相应的位数。若密钥为3，则’A’变为’D’，’B’变为’E’，以此类推。

3. 加密后的密文即为移动后的字母序列。

2.2 凯撒密码的解密

1. 使用相同的密钥，将密文中的每个字母向前移动相应的位数，即可得到明文。

3. 实验过程

我们以一个简单的例子来说明凯撒密码的加密和解密过程。

3.1 加密

我们选择密钥为3，明文为 “HELLO WORLD”。

依照加密步骤，我们将明文中的每个字母向后移动3个位置，得到加密后的密文为 “KHOOR ZRUOG”。

3.2 解密

使用相同的密钥，将密文中的每个字母向前移动3个位置，即可得到明文。

依照解密步骤，我们将密文 “KHOOR ZRUOG” 中的每个字母向前移动3个位置，得到解密后的明文为 “HELLO WORLD”。

4. 结论

通过本实验，我们了解了凯撒密码的基本原理以及加密和解密的过程。凯撒密码是一种简单的替换加密算法，但其安全性较低，容易被破解。在实际应用中，可以通过增加密钥的长度、使用多次移位等方式提高密码的安全性。 5. 参考资料

[1] 网络安全概论. 北京：电子工业出版社，2014.

古典密码的实验报告

古典密码的实验报告

古典密码的实验报告

古典密码的实验报告

引言：

密码学作为一门古老而又神秘的学科，一直以来都吸引着人们的兴趣。在古代，人们用各种各样的密码来保护重要信息的安全性。本实验旨在通过实际操作，探索古典密码的加密原理和破解方法，从而深入了解密码学的基本概念和应用。

一、凯撒密码

凯撒密码，又称移位密码，是最简单的一种古典密码。其原理是通过将明文中的每个字母按照一定的规则进行移位，得到密文。在本实验中，我们选择了一个简单的凯撒密码进行破解。

首先，我们选择了一段明文：“HELLO WORLD”，并将其按照凯撒密码的规则进行移位，假设移位数为3，则得到密文：“KHOOR ZRUOG”。接下来，我们尝试使用暴力破解的方法来还原明文。

通过尝试不同的移位数，我们发现当移位数为3时，得到的明文与原文完全一致。这表明我们成功地破解了凯撒密码，并还原了原始的明文。

二、维吉尼亚密码

维吉尼亚密码是一种基于多个凯撒密码组合而成的密码算法。其原理是通过使用不同的移位数对明文进行加密，从而增加了密码的复杂度。

在本实验中，我们选择了一段明文：“CRYPTOGRAPHY”，并使用维吉尼亚密码进行加密。我们选择了一个关键词“KEY”作为加密密钥。首先，我们将关键词“KEY”重复至与明文长度相同，得到“KEYKEYKEYKEYK”。然后，将明文中的每个字母与关键词中对应位置的字母进行凯撒密码的移位操作。 经过加密后，我们得到了密文：“LXFOPVEFRNHR”。接下来，我们尝试使用破解方法来还原明文。

通过尝试不同的关键词和移位数的组合，我们发现当关键词为“KEY”且移位数为3时，得到的明文与原文完全一致。这表明我们成功地破解了维吉尼亚密码，并还原了原始的明文。

三、栅栏密码

栅栏密码是一种基于换位操作的密码算法。其原理是通过将明文中的字母按照一定的规则进行重新排列，得到密文。

在本实验中，我们选择了一段明文：“HELLO WORLD”，并使用栅栏密码进行加密。我们选择了栅栏的高度为3。首先，我们将明文按照栅栏的高度进行分组，得到：

基于CrypTool的应用密码学实验设计

基于CrypTool的应用密码学实验设计

基于CrypTool的应用密码学实验设计

摘要：针对当前应用密码学实验课程的实验项目设计存在的内容单薄、难度失衡等问题，介绍基于开源软件CrypTool设计的一套应用密码学实验，其中涵盖古典密码学、现代密码学、身份认证与数字签名三大部分的实验项目。

关键词：CrypTool；密码学；实验

1 密码学实验存在的问题

密码学是信息安全专业的核心课程和主干课程，理论性深入，实践性也很强。一方面，它在理论上需要较多的数学知识作为学习基础；另一方面，它在密码算法实现和应用方面都具有很强的实践性。

密码学实验课程是密码学理论课程的配套实验课程，更强调密码技术的实现应用。然而，正如罗芳等撰文指出的那样，当前各大高校信息安全专业的密码学实验课程存在着一些普遍问题：①学时较少，局限于古典密码和DES密码的算法体验等基础性实验，内容相对单薄；②DES、RSA等算法编程难度大，直接影响学生的编程实验兴趣；③缺少密文分析和密码破译实验，但是现实网络应用当中，密文分析及密码破泽是黑客们很重要的一个攻击手段，同时也是算法编写者验证算法安全性的手段；④鉴于课时所限，大部分的密码学实验课题之间完全独立，缺乏密码应用系统实验，直接影响学生的积极性和学习兴趣。

针对以上问题，在信息安全专业的应用密码学课程建设中，我们提出基于开源软件CrypTool设计一套应用密码学实验项目，以达到既能帮助学生通过实验验证和加深理解密码学原理的目的，又能激发学生学习和应用密码学技术的兴趣，还能进一步提高学生的密码应用创新的能力。

2 实验平台CrypTool

CrypTool是一个专门为密码学教学而设计的免费、开源Windows图形化软件。CrypTool的研发始于1988年，最初目的是提高德意志银行员工的计算机安全意识。目前，CrypTool已成为开源软件，全球60多位志愿者为其提供了200多个密码学的算法实现功能，被全球许多著名大学所采用。CrypTool不仅包含了丰富的密码学算法和密码分析工具，还提供了详细的文档来解释算法以及可能的攻击，并通过封装对外提供可视化的图形界面。因此，CrypTool既可以作为密码学基本概念的可视化工具（包括数字签名、对称非对称、混合加密、协议等），又可以被IT专家用于评估算法。